Галина Сергеевна Арефьева родилась 19 января 1927 года в Москве в рабочей семье. Отец работал шофером, в 1930-е годы возил наркома пищевой промышленности и торговли Анастаса Ивановича Микояна.
В 1941 году Галина Сергеевна закончила московскую школу, война помешала продолжить образование. Впервые дни войны была эвакуирована в город Куйбышев, а через шесть месяцев, в январе 1942 года одна вернулась в Москву.
В конце войны поступила на философский факультет Московского государственного университета. Училась у профессоров: Валентина Фернандовича Асмуса, Павла Сергеевича Попова, была комсоргом группы, членом бюро факультета.
В 1949 году окончила учебу и поступила в аспирантуру университета, защитила кандидатскую диссертацию.
С 1952 по 1956 год работала старшим преподавателем философского факультета МГУ, собиралась работать и дальше, но судьба распорядилась иначе.
На одном из партсобраний университета Галина Сергеевна высказала свою слишком смелую точку зрения, это не понравилось некоторым присутствующим — ей вынесли строгий партийный выговор «за антипартийное выступление» и уволили. После этого она год работала в московском Институте рыбной промышленности и хозяйства, после чего институт перебазировали В Калининград, к месту расположения отрасли. Большая часть сотрудников института, в том числе и Галина Сергеевна остались в Москве.
В МЭИ пришла работать по совету знакомого выпускника философского факультета, который знал что в МЭИ есть для нее вакантное место.
С 1957 года работала в Московском энергетическом институте (МЭИ). Занимала должности: доцента, с 1965 по 1991 года — зав. кафедрой философии.
В 1975 году защитила докторскую диссертацию на тему: «Субъект и объект социального познания» .
С 1986 года — вице-президент Философского общества СССР.
С 1991 года была главным научным сотрудником лаборатории социологических исследований, с 1994 года — профессор кафедры философии, политологии, социологии МЭИ.
С развалом СССР не бросилась клеймить марксистское учение в угоду изменившейся политической конъюнктуре, оставалась на позициях материалистической диалектики, занималась с аспирантами, была их научным руководителем при подготовке к защите диссертаций.Область научных интересов: вопросы социального познания, взаимодействие субъекта и объекта социального познания и практики; природа, основания и роль субъективности в исследовании и реконструкции объекта. Г. С. Арефьева написала книгу воспоминаний — «Москва. Эпоха великого перелома: повседневная жизнь глазами молодежи 30-х гг.» .Галина Сергеевна Арефьева скончалась 29 апреля 2012 года в Москве.